Dimanche 21 juillet 2024

Analyse XRF pour les bijoutiers et analyses de certaines gemmes

L'analyse XRF est une technique non destructive qui tire parti de l'interaction entre les rayons X primaires et la matière. Le rayon X est également appelé rayonnement de Röntgen, d'après le scientifique allemand Wilhelm Conrad Röntgen, qui l'a découvert le 8 novembre 1895. Le nom X lui a été donné car au moment de sa découverte, on ne savait encore rien de ce phénomène physique.

Toute matière est composée d'atomes. Au milieu de chaque atome, se trouve un noyau chargé positivement en raison de la présence de protons et de neutrons (pas de charge). Les électrons chargés négativement tournent autour du noyau dans des quanta, comme des coquilles dans un oignon.

La charge négative compense la charge positive du noyau, rendant l'atome neutre. Cela peut être modifié en introduisant de l'énergie externe, comme les rayons X. Les rayons X sont des ondes lumineuses avec des longueurs d'onde très courtes, avec une énergie très élevée, qui sont absorbées lorsqu'elles traversent un matériau, en fonction de la composition et de la densité de ce matériau.

Lorsqu'un atome est frappé par un rayon X d'énergie suffisante (qui dépasse l'énergie de liaison de l'atome), un électron dans ses coquilles orbitales internes est éjecté, créant des lacunes ou des vides. Un électron d'une orbite atomique supérieure tombera jusqu'à cette lacune dans cet état d'énergie inférieure. Cela développe une émission d'énergie sous forme de fluorescence ou de rayons X secondaires, qui est égale à la différence spécifique d'énergie entre les deux états quantiques de l'électron.

Les rayons X secondaires sont caractéristiques des éléments individuels du tableau périodique. Lorsqu'un échantillon est analysé avec un XRF, chaque élément présent émet ces signaux de rayons X uniques sous la forme d'un spectre. Également appelé empreinte élémentaire, ce spectre est au cœur des performances de l'EDXRF (Energy Dispersive XRF) et du WDXRF (Wavelength dispersive XRF).

Traiter simultanément des groupes entiers d’éléments

Dans l'analyse EDXRF, les rayons X caractéristiques des différents éléments présents dans une mesure sont séparés en un spectre d'énergie de fluorescence complet en utilisant une excitation directe ou une excitation indirecte.

La technologie EDXRF est conçue pour traiter simultanément des groupes entiers d'éléments pour une analyse qualitative ou quantitative et peut être utilisée dans des formats portables (géologues en prospection) ou de laboratoire.

EDXRF en soi est la solution dans différentes disciplines aussi variées que la production de métaux et d'alliages, la pétrochimie, la médecine légale, la minéralogie, l'analyse alimentaire, l'analyse environnementale et bien plus encore.
Les métaux précieux et certaines pierres précieuses sont également analysés avec précision.

Les rayons X sont un type d'onde électromagnétique similaire à la lumière visible, mais avec une longueur d'onde extrêmement courte. Par rapport aux ondes électromagnétiques normales, les rayons X traversent facilement le matériau et deviennent plus forts à mesure que le numéro atomique du matériau qu'ils traversent diminue. L'analyse par fluorescence X est une méthode qui utilise des rayons X caractéristiques (rayons X fluorescents) générés lorsque des rayons X irradient un objet.

Ces rayons X fluorescents possèdent des énergies caractéristiques de chaque type d'élément, permettant une analyse qualitative utilisant la loi de Moseley et une analyse quantitative utilisant l'intensité (nombre de photons) de chaque énergie de rayon X.

L'analyse par fluorescence X peut être considérée comme une analyse spectrochimique dans une région de rayons X. Il a les mêmes caractéristiques que la spectrométrie d'absorption atomique et la spectrométrie d'émission optique, sauf que l'échantillon n'a pas besoin d'être dissous dans une solution à analyser ou dans une flamme de plasma de 6000° à 9000°C.

Un intérêt majeur pour les bijoux en or

Cela rend le XRF très intéressant pour l'analyse des bijoux en or, car il n'est pas destructeur. Dans l'analyse classique de l'or, différents types d'acides sont utilisés. Une plaque d'onyx est utilisée sur laquelle le bijou est frotté, il en résulte une rayure sur laquelle une goutte de liquide est appliquée ; eau régale.

L'eau régale est le liquide avec lequel l'or peut être testé pour son authenticité et son alliage. C'est un mélange d'acide chlorhydrique et d'acide nitrique. Il est donc très toxique et corrosif. Il faut donc procéder avec prudence lorsqu'on travaille avec de l'eau régale. L'or se dissout dans l'eau régale et en mélangeant les bonnes proportions d'acide chlorhydrique et d'acide nitrique, on peut utiliser l'eau régale pour déterminer le titrage d'un objet en or. Aqua regia est disponible en différentes compositions pour tester l'authenticité et le contenu des objets en or (or carats). Cette méthode est utilisée depuis des centaines d'années par les commerçants, les acheteurs, les bijoutiers et les orfèvres pour tester l'authenticité et la qualité des bijoux en or en : or 8 carats, or 14 carats, or 18 carats et or 21,6 carats.

Avec les bijoux de valeur, ce système est destructeur (légers dommages), avec XRF il n'y a aucun dommage et vous obtenez également les autres métaux qui ont été traités en dehors de la teneur en or.

Il existe également un détecteur d'or électronique, Mizar, où le bijou est partiellement immergé dans un liquide et où le contenu du bijou est mesuré électriquement.

Mais le XRF reste certainement la meilleure méthode pour le joaillier et l’expert pour l'identification des métaux précieux et de certaines pierres précieuses. Pour ceux qui font l'évaluation sur tous les alliages métalliques possibles, XRF est une des meilleures solutions ; analyse scientifique, simple à l’emploi et portable (1,7 kg)

Eddy Vleeschdrager